BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING JEŘÁBOVÁ KOČKA TRAVELLING CRAB BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR ROMAN MIKULEC doc. Ing. JIŘÍ MALÁŠEK, Ph.D. BRNO 2013

2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2012/2013 student(ka): Roman Mikulec ZADÁNÍ BAKALÁRSKÉ PRÁCE který/která studuje v bakalářském studijním programu obor: Stavba strojů a zařízení (2302R016) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem c.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce: v anglickém jazyce: Jeřábová kočka Travelling Crab Stručná charakteristika problematiky úkolu: Proveďte konstrukční návrh a výpočet zdvihového ústrojí jeřábové kočky. Nosnost kg Zdvih 28 m Rychlost zdvihu 0,1 m.s-1 Rychlost pojezdu 0,75 m.s-1 Rozchod kočky mm Rozvor kočky mm Zdvihová třída H3 Cíle bakalářské práce: Proveďte výpočet hlavních rozměrů pro zadaný zdvih, proveďte pevnostní výpočet kladnice. Vypracujte výkresovou dokumentaci sestavy kladnice s rozpiskou - kusovníkem. Nakreslete detaily: lanová kladka, příčník, matice háku, čep.

3 Seznam odborné literatury: 1. Shigley J.E.,Mischke Ch.R.,Budynas R.G.: Konstruování strojních součástí ISBN Gajdůšek,J., Škopán,M.: Teorie dopravních a manipulačních zařízení. 3. Remta,F., Kupka,L., Dražan.F.: Jeřáby. 4. Cvekl,Z., Dražan.F.: Teoretické základy transportních zařízení. 5. Jančík, L.: Části a mechanismy strojů, CVUT Praha, Klimeš P.: Části a mechanismy strojů I, II, VUT Brno Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Jiří Malášek, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2012/2013. V Brně, dne L.S. prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc., dr. h. c. Ředitel ústavu Děkan fakulty

4 ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA ABSTRAKT Práce se zabývá výpočtem a návrhem hlavních částí zdvihového mechanismu jeřábové kočky pro nosnost kg. Skládá se především z určení lana, kladek a lanového bubnu a přiřazení vhodného motoru, brzdy, převodovky a spojky. Dále je v práci uveden pevnostní výpočet a návrh rozměrů částí kladnice jako jsou čep kladnice, příčník, matice háku a lanové kladky, k nimž je jako výstup práce dodána výkresová dokumentace spolu s výkresem sestavy kladnice s rozpiskou. KLÍČOVÁ SLOVA jeřábová kočka, zdvihové ústrojí, pevnostní výpočet, kladka, kladnice, čep kladnice, příčník, matice háku, jeřábový hák ABSTRACT This work deals with the calculation and suggestion of the main parts of the travelling crab for lifting capacity of kg. It consists primarily of determining the ropes, pulleys and cable drum and assigning of appropriate engine, brakes, gearbox and clutch. The work also contains strength calculation and suggested dimensions of main parts of sheave block, like the pin hook block, crossbeam, hook nut and rope pulleys, which are delivered with drawing documentation along with drawing of sheave block and piece list. KEYWORDS travelling crab, hoisting mechanism, strength calculation, pulley, sheave block, pin hook block, crossbeam, hook nut, crane hook BRNO 2013

5 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BIBLIOGRAFICKÁ CITACE MIKULEC, R. Jeřábová kočka. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jiří Malášek, Ph.D. BRNO 2013

6 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením pana doc. Ing. Jiřího Maláška, Ph.D. a s použitím literatury uvedené v seznamu. V Brně dne 24. května Roman Mikulec BRNO 2013

7 PODĚKOVÁNÍ PODĚKOVÁNÍ Tímto bych rád poděkoval vedoucímu mé bakalářské práce panu doc. Ing. Jiřímu Maláškovi, Ph.D. za poskytnuté rady a vedení. Dále chci poděkovat svým rodičům za podporu mého studia na vysoké škole a svým spolubydlícím za poskytnutí patřičných studijních podmínek. BRNO 2013

8 OBSAH OBSAH Úvod Lanový systém Kladkostroj Účinnost lanového převodu Lano Zatížení lana Skutečná bezpečnost lana Kladky Vodící kladky Vyrovnávací kladka Lanový buben Rozměrový návrh Délka lanového bubnu Pevnostní kontrola lanového bubnu Kladnice Čep kladnice Výpočet maximálního ohybového momentu Minimální průměr čepu Příčník Statická síla působící na příčník Průběh ohybového momentu Délka příčníku Šířka příčníku Výška příčníku Bočnice Tloušťka bočnice Šířka bočnice Hák Stanovení minimálního průměru dříku Minimální délka závitu háku Ložiska Radiální ložiska pro uložení kladek Axiální ložisko Pohon zdvihového ústrojí Motor BRNO

9 OBSAH 3.2 Převodovka Kontrola zdvihové rychlosti Kontrola rozběhového momentu motoru Návrh zubové spojky Návrh brzdy Závěr Seznam příloh BRNO

10 ÚVOD ÚVOD Cílem této bakalářské práce je dle zadaných parametrů vypočítat a navrhnout zvedací ústrojí jeřábové kočky. Jeřábová kočka je zařízení, jež zajišťuje zdvih a spouštění břemene a jeho pohyb po délce nosné konstrukce jeřábu. Ze zadání se dá předpokládat, že se bude jednat o zdvihový mechanismus mostového jeřábu, použitého v těžkém provozu. Samotný zdvihový mechanismus je pak složen z několika součástí. Pohon zdvihového mechanismu bude zajištěn volbou potřebného elektromotoru, převodovky a brzdy. Další části zdvihového mechanismu pak budou vypočteny a zvoleny dle použitého lana, jež bylo určeno ze zvoleného konceptu kladkostroje. Vzhledem ke specifickému zadání bakalářské práce se pak lze předpokládat kusová výroba těchto částí, jejichž rozměry jsou voleny na základě pevnostních kontrol. Jde především o rozměry lanového bubnu a sestavy kladnice, která bude doplněna výkresovou dokumentací spolu s detaily čepu kladnice, kladky, příčníku a matice háku. BRNO

11 1 LANOVÝ SYSTÉM Hlavním nosným prvkem lanového systému je lano. To je na bubnu uchyceno pomocí lanových příložek a pomocí několikanásobného opásání bubnu. Lana jsou vedena přes kladnici, k jejich vedení slouží vodící kladky, vyrovnávací kladky pak slouží k vyrovnání tahy v jednotlivých větvích lana. 1.1 KLADKOSTROJ Pro návrh je volen dvojitý lanový převod s oběma konci lana navíjenými současně na buben o převodu i k =6 pro vhodnější rozložení sil na kladnici. Kladkostroj byl navrhnut pomocí [3] str. 155 Obr. 1 Koncepční schéma kladkostroje PŘEVOD KLADKOSTROJE (1) n [-] počet nosných průřezů lana z [-] počet větví lanového systému ÚČINNOST LANOVÉHO PŘEVODU Účinnost vypočtena s pomocí [2] str. 56 ( ) ( ) (2) n l [-] počet nosných průřezů lana v jedné polovině lanového systému η kl [-] účinnost jedné kladky dle [2] str. 156 tab. 3-7 BRNO

12 1.2 LANO Návrh lana proveden dle [2] a [4] s ohledem na potřebnou únosnost a použití ZATÍŽENÍ LANA OSOVÁ SÍLA V LANĚ (3) Q [kg] hmotnost břemene, rovnající se nosnosti jeřábu nebo zdvihového zařízení G [kg] odhad hmotnosti částí zvedaných současně s břemenem z [-] počet větví lanového převodu n l [-] počet nosných průřezů lana v jedné polovině lanového systému η l [-] účinnost lanového převodu g [m.s -2 ] tíhové zrychlení MAXIMÁLNÍ DOVOLENÉ ZATÍŽENÍ LANA (4) F p [N] jmenovitá nosnost lana F l [N] osová síla v laně k l [-] bezpečnost lana dle [2] str. 50 je 4,1 VOLBA LANA Dle vypočítaného zatížení bylo zvoleno ocelové lano SEAL-WARRINGTON dle [6] Parametry lana: Obr. 2 Schéma lana [6] Pevnost drátků 1770 MPa Průměr lana d l =18mm Únosnost lana F j =259kN Celkový počet drátků 235 Počet drátů ve vnějších pramenech 186 Jádro z ocelových drátů. BRNO

13 1.2.2 SKUTEČNÁ BEZPEČNOST LANA (5) F j [N] únosnost lana dle [6] F l [N] osová síla v laně 1.3 KLADKY Návrh kladek byl proveden dle [2]. Rozměry kladek jsou voleny na základě výpočtu zohledňujícího průměr zvoleného lana. Kladky jsou pak předpokládány jako odlitky z oceli GE 240 (ČSN ). Obr. 3 Lanová kladka VODÍCÍ KLADKY TEORETICKÝ PRŮMĚR VODÍCÍ KLADKY d l [mm] průměr lana α k [-] součinitel závislý na druhu kladky a skupině jeřábů dle [2] Tab. 3 str. 303 (6) BRNO

14 JMENOVITÝ PRŮMĚR VODÍCÍ KLADKY (7) D vo [mm] teoretický průměr vodící kladky d l [mm] průměr lana Volen nejbližší vyšší průměr kladky dle [3] str. 95 D vo1 =500mm. Dále dle [3] str. 124 volen průměr středních kladek o řád vyšší, zabraňující křížení lan v nejnižší poloze kladnice D vo2 =560mm VYROVNÁVACÍ KLADKA TEORETICKÝ PRŮMĚR VYROVNÁVACÍ KLADKY d l [mm] průměr lana α k [-] součinitel závislý na druhu kladky a skupině jeřábů dle [2] Tab. 3 str. 303 (8) JMENOVITÝ PRŮMĚR VYROVNÁVACÍ KLADKY D vy [mm] teoretický průměr vodící kladky d l [mm] průměr lana Dle [3] str. 95 volen normalizovaný průměr vyrovnávací kladky D vy =315mm. (9) BRNO

15 1.4 LANOVÝ BUBEN Rozměry lanového bubnu byly založeny na výpočtech závislých na rozměru použitého lana ROZMĚROVÝ NÁVRH Návrh lanového bubnu proveden dle [2] a [3] Obr. 4 Lanový buben ROZTEČNÝ PRŮMĚR LANOVÉHO BUBNU d l [mm] průměr lana α b [-] součinitel závislý na skupině jeřábů dle [3] str. 105 Tab. III-17 Z rozměrových důvodů volen normalizovaný průměr bubnu D b =1120mm. (10) TLOUŠŤKA STĚNY LANOVÉHO BUBNU Předběžně volena tloušťka lanového bubnu dle [3] str (11) D b [mm] průměr lanového bubnu BRNO

16 1.4.2 DÉLKA LANOVÉHO BUBNU DÉLKA NAVÍJENÉHO LANA (12) i k [-] převod kladkostroje h [m] výška zdvihu POČET ZÁVITŮ BUBNU (13) L [mm] délka navíjeného lana D b [mm] průměr lanového bubnu DÉLKA ZDVIHOVÉ ČÁSTI BUBNU (14) z b [-] počet závitů bubnu t [mm] stoupání lanové drážky na bubnu dle [3] str. 107 tab. III-18 DÉLKA KRAJNÍ ČÁSTI LANOVÉHO BUBNU (15) t [mm] stoupání závitů dle [3] str. 106 tab. III-18 BRNO

17 DÉLKA STŘEDNÍ ČÁSTI LANOVÉHO BUBNU Dle [2] volena délka hladké střední části bubnu l 1 =750mm, což odpovídá rozteči vodících kladek v kladnici, na které lano nabíhá. CELKOVÁ DÉLKA LANOVÉHO BUBNU Celková délka složena z jednotlivých úseků bubnu. l [mm] délka zdvihové části bubnu l 1 [mm] délka hladké střední části bubnu l 2 [mm] délka krajní části lanového bubnu (16) PEVNOSTNÍ KONTROLA LANOVÉHO BUBNU Pevnostní kontrola pláště bubnu provedena dle [2] str Dle [5] zvolen materiál bubnu jako ocel na odlitky GE 240 (ČSN ) s mezí pevnosti 500MPa a mezí kluzu 260MPa. Obr. 5 Výsledné vnitřní účinky na lanovém bubnu BRNO

18 MAXIMÁLNÍ OHYBOVÝ MOMENT BUBNU ( ) ( ) (17) F l [N] osová síla v laně l o [mm] vzdálenost mezi okrajem bubnu a náběhem lana na buben l [mm] délka zdvihové části bubnu l 2 [mm] délka krajní části lanového bubnu PRŮŘEZOVÝ MODUL OHYBU BUBNU ( ) [( ) ] (18) [( ) ] D o [mm] průměr bubnu měřený pod lanem D b [mm] průměr lanového bubnu d [mm] průměr lana s [mm] tloušťka stěny lanového bubnu NAPĚTÍ V OHYBU BUBNU (19) M o [Nm] maximální ohybový moment W o [mm 3 ] průřezový modul pro ohyb σ odov [MPa] maximální ohybové napětí dle [2] str. 54 BRNO

19 MAXIMÁLNÍ KROUTICÍ MOMENT PŮSOBÍCÍ NA BUBEN (20) F l [N] osová síla v laně D b [mm] průměr lanového bubnu PRŮŘEZOVÝ MODUL V KRUTU BUBNU [( ) ] (21) [( ) ] W o [mm 3 ] průřezový modul pro ohyb D b [mm] průměr lanového bubnu d [mm] průměr lana s [mm] tloušťka stěny lanového bubnu SMYKOVÉ NAPĚTÍ V KRITICKÉM PRŮŘEZU BUBNU (22) M k [Nm] krouticí moment u bubnu W k [mm 3 ] průřezový modul pro krut τ DOV [MPa] maximální dovolené smykové napětí dle [2] str. 54 BRNO

20 NAMÁHÁNÍ VNĚJŠÍM PŘETLAKEM (23) F l [N] osová síla v laně s [mm] tloušťka stěny bubnu t [mm] stoupání lanové drážky na bubnu REDUKOVANÉ NAPĚTÍ DLE TEORIE HMH (24) σ ob [MPa] napětí v ohybu bubnu σ tl [MPa] namáhání vnějším přetlakem τ b [MPa] smykové napětí v kritickém průřezu bubnu σ bdov [MPa] maximální dovolené napětí bubnu dle [2] str. 54 BRNO

21 2 KLADNICE Kladnice je nedílnou součástí zdvihového ústrojí jeřábu. Hák je ke kladnici uchycen pomocí matice háku, která leží na axiálním ložisku, jež je usazeno na příčníku. Ten je pak ke zbytku kladnice uchycen pomocí bočnic, které jsou nasunuty na čepu kladnice. Požadovaný lanový převod je realizován pomocí kladek nasazených na radiálních ložiscích a umístěných po délce čepu kladnice. Obr. 6 Návrh lanové kladnice Po konzultaci s vedoucím práce byl pro větší jednoduchost jednotlivých dílů (zejména bočnic, jejichž výroba a dodržení tolerancí by bylo obtížné) předělán původní návrh lanové kladnice. Obr. 7 Nový návrh kladnice BRNO

22 2.1 ČEP KLADNICE Při výpočtu čepu bylo počítáno s působením statických sil od kladek a bočnic. Případné působení dynamických sil od zvedání nebo spouštění břemene bylo zohledněno použitým koeficientem bezpečnosti. Vzdálenosti mezi jednotlivými kladkami a bočnicemi jsou vymezeny distančními kroužky. Pozice jednotlivých prvků na čepu jsou pak zajištěny KM maticí a MB podložkou na obou koncích čepu. Jako materiál čepu byla zvolena ocel E335 (ČSN 11600), R m =590MPa, R e =295MPa. Obr. 8 Čep kladnice SÍLA PŮSOBÍCÍ NA JEDNU KLADKU ( ) (25) Q [kg] hmotnost břemene, rovnající se nosnosti jeřábu nebo zdvihového zařízení G [kg] odhad hmotnosti částí zvedaných současně s břemenem SÍLA PŮSOBÍCÍ NA JEDNU BOČNICI ( ) (26) Q [kg] hmotnost břemene, rovnající se nosnosti jeřábu nebo zdvihového zařízení m h [kg] hmotnost háku a přidružených součástí BRNO

23 2.1.1 VÝPOČET MAXIMÁLNÍHO OHYBOVÉHO MOMENTU Rozměry pro navrženou kladnici: a=96mm b=96mm c=124mm d=124mm Obr. 9 Výsledné vnitřní účinky na čepu kladnice Výpočet byl proveden jako výpočet zatíženého nosníku dle pružnosti a pevnosti. BRNO

24 ŘEZ V OBLASTI I Obr. 10 Zatížení v oblasti I (27) ŘEZ V OBLASTI II Obr. 11 Zatížení v oblasti II BRNO

25 (28) ( ) ( ) ŘEZ V OBLASTI III Obr. 12 Zatížení v oblasti III (29) ( ) ( ) ( ) ( ) BRNO

26 ŘEZ V OBLASTI IV Obr. 13 Zatížení v oblasti IV (30) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) N [N] zatížení od síly v ose T [N] zatížení od posouvajících sil M o [Nm] ohybový moment F B [N] síla působící na jednu bočnici F k [N] síla působící na jednu kladku x [mm] délkový interval řezu Nejkritičtější místo z hlediska namáhání je v řezu č. III. Maximální ohybový moment na čepu kladnice M omax =15071Nm. BRNO

27 VÝPOČET BEZPEČNOSTI ČEPU Vypočtena dle [3] str. 40. (31) k 1 [-] součinitel vyjadřující účel počítané součásti k 2 [-] součinitel vyjadřující druh provozu k 3 [-] součinitel spolehlivosti materiálu MINIMÁLNÍ PRŮMĚR ČEPU (32) M omax [Nm] maximální ohybový moment W oc [mm 3 ] průřezový modul v ohybu čepu kladnice σ Ocep [MPa] ohybové napětí v oblasti maximálního ohybového momentu σ Dov [MPa] mez únavy v ohybu pro ocel dle [1] str tab. A-21a d c [mm] průměr čepu k c [-] součinitel bezpečnosti S ohledem na velikost ložisek umístěných na čepu kladnice a možnosti působení dalších vlivů, nezahrnutých do výpočtu volen průměr čepu kladnice d c =110mm. BRNO

28 2.2 PŘÍČNÍK Rozměry příčníku byly zvoleny s ohledem na velikost požitého axiálního ložiska (viz. kap ) a kontrolního výpočtu na ohyb. Jako materiál příčníku byla zvolena ocel S235JR (ČSN 11375). Obr. 14 Příčník STATICKÁ SÍLA PŮSOBÍCÍ NA PŘÍČNÍK ( ) ( ) (33) Q [kg] hmotnost břemene m h [kg] hmotnost háku g [m.s -2 ] tíhové zrychlení BRNO

29 2.2.2 PRŮBĚH OHYBOVÉHO MOMENTU Výpočet ohybového momentu proveden jako výpočet zatíženého nosníku dle pružnosti a pevnosti. Bylo využito zjednodušeného modelu se zatížením od břemene a háku nahrazeným jedinou silou působící uprostřed a reakcemi v místech bočnic. Obr. 15 Výsledné vnitřní účinky na příčníku (34) F s [N] statická síla působící na příčník l p [m] vzdálenost bočnic DÉLKA PŘÍČNÍKU Z hlediska prostorového uspořádání kladek a bočnic na čepu kladnice vyplívá dálka příčníku l p =564mm ŠÍŘKA PŘÍČNÍKU Zvolena s ohledem na průměr axiálního ložiska. BRNO

30 2.2.5 VÝŠKA PŘÍČNÍKU (35) ( ) σ OP [MPa] ohybové napětí v příčníku σ Dov [MPa] mez únavy v ohybu pro ocel dle [1] str tab. A-21a M op [Nm] ohybový moment příčníku W op [mm 3 ] modul průřezu v ohybu příčníku h p [mm] výška příčníku b p [mm] šířka příčníku, zvolená na základě rozměrů axiálního ložiska k c [-] součinitel bezpečnosti dle (32) Volena výška příčníku h p =140mm. BRNO

31 2.3 BOČNICE Rozměry bočnice byly zjištěny z pevnostní kontroly na pevnost v tahu a z kontroly na otlačení. Jako materiál bočnice byla zvolena ocel E335 (dle ČSN ). Obr. 16 Bočnice TLOUŠŤKA BOČNICE Tloušťka bočnice byla vypočítána z kontroly na otlačení. (36) Voleno t b =50mm. F B [N] síla působící na jednu bočnici S o [mm 2 ] promítnutá plocha otvoru v bočnici pro čep příčníku d o [mm] průměr otvoru pro čep příčníku t b [mm] tloušťka bočnice p dov [MPa] dovolený tlak pro ocel , volen roven dovolenému tlakovému napětí σ dov [MPa] dovolené tlakové napětí dle [5] str. 54 k c [-] součinitel bezpečnosti dle (32) BRNO

32 2.3.2 ŠÍŘKA BOČNICE Šířka bočnice byla vypočítána z výpočtu pro tahové napětí. (37) ( ) Voleno b b =200mm. Následná kontrola na tah při uvažování působení vrubu provedena dle [1] str Dle [1] str obr. A15-12 (38) ( ) ( ) F b [N] síla působící na jednu bočnici S b [mm 2 ] plocha příčného průřezu bočnice d o [mm] průměr otvoru pro čep příčníku t b [mm] tloušťka bočnice b b [mm] šířka bočnice σ tdov [MPa] dovolené napětí v tahu σ t [MPa] napětí v tahu Re [MPa] mez kluzu v tahu pro ocel dle [1] str tab. A-21a k c [-] součinitel bezpečnosti dle (32) α t [-] součinitel tvaru BRNO

33 2.4 HÁK Dle požadované nosnosti a daných podmínek provozu zvolen typizovaný jednoduchý jeřábový hák od firmy Pavlínek s.r.o. [7]. ZÁKLADNÍ PARAMETRY HÁKU Pevnostní třída Typ Nosnost Hmotnost ROZMĚRY HÁKU P (3m) RS (zápustkově kovaný) 50000kg 264kg a 1 =224mm, a 2 =180mm, a 3 =252mm, b 1 =160mm, d 1 =150mm, e 1 =517mm, e 2 =567mm, e 3 =447mm, h 1 =250mm, l 1 =893mm, r 1 =25mm, r 2 =40mm, r 3 =130mm, r 4 =335mm, r 5 =475mm, r 6 =326mm, r 7 =280mm Obr. 17 Jednoduchý hák dle [7] BRNO

34 2.4.1 STANOVENÍ MINIMÁLNÍHO PRŮMĚRU DŘÍKU (39) Zvolen průměr dříku d d =110mm dle [3] tab. III-21 str. 111 v závislosti na zvoleném háku. σ td [MPa] tahové napětí v dříku háku σ tdov [MPa] dovolené napětí v tahu rovno mezi kluzu pro ocel dle [5] str. 54 F stat [N] zatížení od statických sil S d [mm 2 ] plocha příčného průřezu dříku m b [kg] hmotnost břemene g [m.s -2 ] tíhové zrychlení d d [mm] průměr dříku háku k c [-] součinitel bezpečnosti dle (32) ZÁVIT HÁKU Dle [3] str. 117 byl zvolen lichoběžníkový závit Tr 130x16 pro nosnost kg. Vnější průměr závitu Střední průměr závitu Malý průměr závitu Stoupání závitu Nosná výška závitu d 1 =130mm d 2 =122mm d 3 =114mm P=16mm h=8mm BRNO

35 2.4.2 MINIMÁLNÍ DÉLKA ZÁVITU HÁKU Minimální délka závitu se určí z kontroly měrného tlaku v závitech dle [3] str (40) Zvolena dálka závitu l z =128mm dle [3] tab. III-21 str m b [kg] hmotnost břemene P [mm] stoupání závitu h z [mm] nosná výška závitu d 2 [mm] nosný průměr závitu p dov [MPa] dovolený měrný tlak závitu háku dle [3] str LOŽISKA Návrh ložisek byl proveden dle [1] a [8] RADIÁLNÍ LOŽISKA PRO ULOŽENÍ KLADEK Ve výpočtu je uvažováno pouze s působením statických sil. RADIÁLNÍ ZATÍŽENÍ PŮSOBÍCÍ NA JEDNO LOŽISKO ( ) ( ) (41) m b [kg] hmotnost břemene m k [kg] hmotnost kladnice m h [kg] hmotnost háku g [m.s -2 ] tíhové zrychlení n lo [-] počet ložisek EKVIVALENTNÍ STATICKÉ ZATÍŽENÍ RADIÁLNÍHO LOŽISKA (42) F rad [N] radiální zatížení působící na ložisko F a [N] axiální zatížení působící na ložisko X [-] součinitel dynamického radiálního zatížení Y [-] součinitel dynamického axiálního zatížení BRNO

36 VOLBA RADIÁLNÍHO LOŽISKA S ohledem na velikost ekvivalentního zatížení bylo dle [10] zvoleno soudečkové ložisko s těsněním CS. Parametry ložiska: d=110mm D=170mm B=45mm C=310kN C 0 =440kN Obr. 18 Radiální soudečkové ložisko [10] KONTROLA STATICKÉ ÚNOSNOSTI NAVRŽENÉHO LOŽISKA Kontrola provedena dle [8] (43) C 0 [kn] základní statická únosnost C 0dov [kn] dovolená statická únosnost dle [katalog] S 0 [-] součinitel statické bezpečnosti dle [8] tab. 10 str. 77 P R [kn] ekvivalentní statické zatížení BRNO

37 2.5.2 AXIÁLNÍ LOŽISKO Slouží pro rotační uložení háku na příčníku. AXIÁLNÍ ZATÍŽENÍ PŮSOBÍCÍ NA LOŽISKO ( ) ( ) (44) m b [kg] hmotnost břemene m h [kg] hmotnost háku EKVIVALENTNÍ STATICKÉ ZATÍŽENÍ AXIÁLNÍHO LOŽISKA (45) F a [N] axiální zatížení působící na ložisko VOLBA AXIÁLNÍHO LOŽISKA Dle velikosti ekvivalentního zatížení a rozměru háku bylo zvoleno jednosměrné axiální soudečkové ložisko firmy SKF Explorer E dle [9]. Parametry ložiska: d=150mm D=250mm H=60mm C=1000kN C 0 =2850kN Obr. 19 Axiální soudečkové ložisko [9] BRNO

38 KONTROLA STATICKÉ ÚNOSNOSTI NAVRŽENÉHO LOŽISKA Kontrola provedena dle [8] (46) C 0 [kn] základní statická únosnost C 0dov [kn] dovolená statická únosnost dle [katalog] S 0 [-] součinitel statické bezpečnosti dle [8] tab. 10 str. 77 P A [kn] ekvivalentní statické zatížení BRNO

39 3 POHON ZDVIHOVÉHO ÚSTROJÍ Zdvihové ústrojí se skládá především z motoru, převodovky, brzdy a spojky. Návrh jednotlivých částí byl proveden dle [2]. 3.1 MOTOR CELKOVÁ MECHANICKÁ ÚČINNOST ZDVIHOVÉHO ÚSTROJÍ (47) η k [-] účinnost lanového převodu η b [-] účinnost lanového bubnu dle [2] str. 76 η p [-] účinnost převodovky VÝKON MOTORU ( ) ( ) (48) Q [kg] hmotnost břemena G [kg] hmotnost částí zvedaných současně s břemenem g [m.s -2 ] tíhové zrychlení v z [m.s -1 ] rychlost zdvihu η cz [-] celková mechanická účinnost zdvihového ústrojí VOLBA ELEKTROMOTORU Vzhledem k potřebným parametrům volen dle [11] volen třífázový asynchronní motor s rotorem nakrátko SIEMENS řady 1LG6 IE2. Technické parametry: Kód výrobku 1LG AB6x Výkon 55kW Otáčky 740 min -1 Jmenovitý moment 710Nm Hmotnost 750kg Obr. 20 Zvolený elektromotor BRNO

40 3.2 PŘEVODOVKA OTÁČKY LANOVÉHO BUBNU (49) i k [-] lanový převod v z [m.min -1 ] předepsaná rychlost zdvihu D b [m] roztečný průměr lanového bubnu PŘEVOD MEZI ELEKTROMOTOREM A LANOVÝM BUBNEM (50) n m [min -1 ] jmenovité otáčky motoru n b [min -1 ] otáčky lanového bubnu VOLBA PŘEVODOVKY Dle velikosti výkonu motoru a požadovaného převodového stupně byla dle [12] zvolena převodovka kuželočelní třístupňová převodovka od firmy MOTOR-GEAR s.r.o. Technické parametry: Označení RHC110C71BS1 Převodový poměr i p =71 Skutečný převodový poměr i ps =70,857 Účinnost η p=96,5% Výstupní krouticí moment TN 2 =118100Nm Obr. 21 Zvolená převodovka BRNO

41 3.2.1 KONTROLA ZDVIHOVÉ RYCHLOSTI Skutečná zdvihová rychlost se dle [2] může od požadované lišit o ±6%. SKUTEČNÉ OTÁČKY LANOVÉHO BUBNU (51) n m [min -1 ] jmenovité otáčky motoru i ps [-] skutečný převodový poměr převodovky dle [12] SKUTEČNÁ ZDVIHOVÁ RYCHLOST (52) i k [-] lanový převod n bs [min -1 ] skutečné otáčky lanového bubnu D b [m] roztečný průměr bubnu POROVNÁNÍ SKUTEČNÉ A PŘEDEPSANÉ ZDVIHOVÉ RYCHLOSTI ( ) (53) ( ) v z v zs [m.min -1 ] předepsaná zdvihová rychlost [m.min -1 ] skutečná zdvihová rychlost BRNO

42 3.2.2 KONTROLA ROZBĚHOVÉHO MOMENTU MOTORU CELKOVÝ PŘEVOD (54) i k [-] převod kladkostroje i ps [-] skutečný převodový poměr převodovky STATICKÝ MOMENT BŘEMENE REDUKOVANÝ NA HŘÍDEL MOTORU ( ) ( ) (55) Q [kg] hmotnost břemena G [kg] hmotnost částí zvedaných současně s břemenem g [m.s -2 ] tíhové zrychlení D b [m] roztečný průměr bubnu i c [-] celkový převod η cz [-] celková mechanická účinnost zdvihového ústrojí MOMENT SETRVAČNOSTI SOUČÁSTÍ NA PŘEDLOHÁCH A POMALOBĚŽNÉM HŘÍDELI (56) J 1 [kg.m 2 ] moment setrvačnosti všech hmot na rychloběžném hřídeli dle [12] α [-] koeficient dle [2] str. 77 MOMENT SETRVAČNOSTI POSUVNÝCH HMOT, REDUKOVANÝ NA RYCHLOBĚŽNÝ HŘÍDEL ( ) ( ) (57) Q [kg] hmotnost břemena G [kg] hmotnost částí zvedaných současně s břemenem v zs [m.s -1 ] skutečná zdvihová rychlost n m [min -1 ] jmenovité otáčky motoru η cz [-] celková mechanická účinnost zdvihového ústrojí BRNO

43 MOMENT SETRVAČNOSTI VŠECH POHYBLIVÝCH HMOT SOUSTAVY (58) J 1 [kg.m 2 ] moment setrvačnosti všech hmot na rychloběžném hřídeli dle [12] J 2 [kg.m 2 ] moment setrvačnosti součástí na předlohách a pomaloběžném hřídeli J 3 [kg.m 2 ] moment setrvačnosti posuvných hmot, redukovaný na rychloběžný hřídel MINIMÁLNÍ DOBA ROZBĚHU (59) a [m.s -2 ] zrychlení svislého pohybu břemene po dobu rozběhu dle [2] str. 78 v zs [m.min -1 ] skutečná zdvihová rychlost ÚHLOVÉ ZRYCHLENÍ (60) n m [min -1 ] jmenovité otáčky motoru t r [s] doba rozběhu motoru SETRVAČNÝ MOMENT VŠECH POHYBLIVÝCH HMOT SOUSTAVY, REDUKOVANÝ NA HŘÍDEL MOTORU J [kg.m 2 ] moment setrvačnosti všech pohyblivých hmot soustavy ε [s -2 ] úhlové zrychlení (61) ROZBĚHOVÝ MOMENT MOTORU M st [Nm] statický moment břemene redukovaný na hřídel motoru M s [Nm] setrvačný moment všech pohyblivých hmot, redukovaný na hřídel motoru (62) BRNO

44 KONTROLA ROZBĚHOVÉHO MOMENTU (63) M r [Nm] rozběhový moment motoru M n [Nm] jmenovitý moment motoru [-] momentová přetížitelnost dle [11] 3.3 NÁVRH ZUBOVÉ SPOJKY Návrh zubové spojky proveden dle [14]. Obr. Zubová spojka [14] VÝPOČET KROUTICÍHO MOMENTU SPOJKY (64) P m [kw] výkon motoru n m [min -1 ] jmenovité otáčky motoru BRNO

45 KROUTICÍ MOMENT SPOJKY ZATÍŽENÝ PROVOZNÍMI FAKTORY (65) M SN [Nm] krouticí moment spojky S Z [-] součinitel frekvence použití dle [14] str. 114 S B [-] součinitel provozních podmínek [14] str. 114 Dle vypočítaných parametrů volena dle [14] zubová spojka společnosti GEARex s označením FA25 pro spojení vloženého hřídele a motoru, pro spojení vloženého hřídele a převodovky byla použita spojka s označením FA30. Parametry zubové spojky: FA25 - krouticí moment 6500Nm - maximální otáčky 6200min -1 FA30 - krouticí moment 10000Nm - maximální otáčky 5800min NÁVRH BRZDY Návrh proveden dle [2] str. 78 a 79. STATICKÝ MOMENT BŘEMENE, REDUKOVANÝ NA RYCHLOBĚŽNÝ HŘÍDEL (66) Q [kg] hmotnost břemena G [kg] hmotnost částí zvedaných současně s břemenem g [m.s -2 ] tíhové zrychlení D b [m] roztečný průměr bubnu i c [-] celkový převod η cz [-] celková mechanická účinnost zdvihového ústrojí BRNO

46 ÚHLOVÉ ZPOŽDĚNÍ (67) n m [min -1 ] jmenovité otáčky motoru t br [s] doba brždění, volena dle [2] str. 79 SETRVAČNÝ MOMENT VŠECH POHYBLIVÝCH HMOT SOUSTAVY, REDUKOVANÝ NA HŘÍDEL BRZDY J [kg.m 2 ] moment setrvačnosti všech pohyblivých hmot soustavy ε z [s -2 ] úhlové zrychlení (68) BRZDNÝ MOMENT (69) M str [Nm] statický moment břemene, redukovaný na rychloběžný hřídel M sb [Nm] setrvačný moment všech pohyblivých hmot, redukovaný na hřídel brzdy KONTROLA BRZDNÉHO MOMENTU (70) M b [Nm] brzdný moment β [-] bezpečnost brzdy dle [2] str. 78 M bmin [Nm] minimální brzdný moment BRNO

47 VOLBA BRZDY Dle vypočítaného brzdného momentu volena dle [13] brzda od společnosti Galvi s označením N(NV).400.HYD.081/06 s elektrohydraulickým odbrzďovačem. Základní parametry: Maximální brzdný moment Minimální brzdný moment Průměr kotouče 1600Nm 250Nm 400mm Obr. Čelisťová brzda [13] BRNO

48 ZÁVĚR ZÁVĚR Návrh zdvihového ústrojí byl proveden v souladu s dostupnou literaturou. Rozměry pevnostně kontrolovaných součástí byly navrženy s ohledem na dodržení vyššího stupně bezpečnosti a jejich materiál byl volen dle doporučení použité literatury nebo v souladu s jejich účelem. Při návrhu pohonu zdvihového ústrojí se vycházelo z kontrolních výpočtů a výběr konkrétních částí byl pak proveden z aktuálních katalogů dostupných online. Návrh kladnice byl pak založen na konceptu typizovaných kladnic a dále upraven dle rozměrových požadavků jednotlivých vypočtených dílů kladnice. Dá se předpokládat, že s ohledem na zvolený stupeň bezpečnosti, použitý při výpočtech, bude většina rozměrů do jisté míry předimenzována. Požadovaná výkresová dokumentace byla provedena v programu AutoCAD 2010, modely jednotlivých dílů pak byly provedeny v programu Inventor BRNO

49 POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [1] SHIGLEY, J.; MISCHKE, Ch.; BUDYNAS, R. Konstruování strojních součástí. Vyd. 1. Havlíčkův Brod: Nakladatelství VUTIUM, s. ISBN [2] GAJDŮŠEK, J.; ŠKOPÁN, M. Teorie dopravních a manipulačních zařízení. Vyd. 1. Brno: Rektorát vysokého učení technického v Brně, s. A /E. [3] REMTA, F.; KUPKA, L.; DRAŽAN, F. Jeřáby: I. díl. 2. dopl. vyd. Praha: SNTL, s. [4] ČSN Výpočet ocelových lan pro jeřáby a zdvihadla. Praha: Český normalizační institut, s. [5] LEINVEBER, Jan. Strojnické tabulky: pomocná učebnice pro školy technického zaměření. 2. dopl. vyd. Úvaly: ALBRA, 2005, 907 s. ISBN [6] METALLAN, spol. s r.o. [online] [cit ]. Šestipramenná ocelová lana SEAL. Dostupné z: metraz/sestipramenna-ocelova-lana-seal---warrington.htm [7] PAVLÍNEK Vázací prostředky. [online] [cit ]. Jednoduchý ocelový hák typ RS a RF. Dostupné z: [8] SKF Ložiska a.s. [online] [cit ]. Určení velikosti ložiska. Dostupné z: [9] SKF Ložiska a.s. [online] [cit ]. spherical roller thrust bearings. Dostupné z: [10] SKF Ložiska a.s. [online] [cit ]. Soudečková ložiska. Dostupné z: [11] Elektromotory Siemens. [online] [cit ]. Trojfázové asynchronní motory s rotorem nakrátko. Dostupné z: [12] MOTOR-GEAR a.s. [online] [cit ]. Paralelní, ploché převodovky řada P Dostupné z: [13] SGH s.r.o. Senec. [online] [cit ]. SHOE BREAKS N.HYD NV.HYD. Dostupné z: [14] KTR CR, spol. s r.o. [online] [cit ]. Zubová spojka GEARex FA. Dostupné z: BRNO

50 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ a [mm] vzdálenost vodící kladky a bočnice b [mm] vzdálenost bočnice a druhé vodící kladky b b [mm] šířka bočnice b p [mm] šířka příčníku c [mm] vzdálenost vodící a středové vodící kladky C 0 [kn] základní statická únosnost C 0dov [kn] dovolená statická únosnost d [mm] vzdálenost středních vodících kladek d 2 [mm] nosný průměr závitu D b [mm] roztečný průměr lanového bubnu d c [mm] průměr čepu d d [mm] průměr dříku háku d l [mm] průměr lana D o [mm] průměr bubnu měřený pod lanem d o [mm] průměr otvoru pro čep příčníku D vo [mm] teoretický průměr vodící kladky D VO [mm] jmenovitý průměr vodící kladky D vy [mm] teoretický průměr vodící kladky D VY [mm] jmenovitý průměr vodící kladky F a [N] axiální zatížení působící na ložisko F B [N] síla působící na jednu bočnici F D [N] Maximální dovolené zatížení lana F j [N] únosnost lana F k [N] síla působící na jednu kladku F l [N] zatížení svislého lana F p [N] jmenovitá nosnost lana F rad [N] radiální zatížení působící na ložisko F stat [N] zatížení od statických sil G [kg] hmotnost částí zvedaných současně s břemenem g [m.s -2 ] tíhové zrychlení h [m] výška zdvihu h p [mm] výška příčníku h z [mm] nosná výška závitu BRNO

51 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ i c [-] celkový převod i k [-] převod kladkostroje i p [-] převod mezi elektromotorem a lanovým bubnem i ps [-] skutečný převodový poměr převodovky J [kg.m 2 ] moment setrvačnosti všech pohyblivých hmot soustavy J 1 [kg.m 2 ] moment setrvačnosti všech hmot na rychloběžném hřídeli J 2 [kg.m 2 ] moment setrvačnosti součástí na předlohách a pomaloběžném hřídeli J 3 [kg.m 2 ] moment setrvačnosti posuvných hmot, redukovaný na rychloběžný hřídel k 1 [-] součinitel vyjadřující účel počítané součásti k 2 [-] součinitel vyjadřující druh provozu k 3 [-] součinitel spolehlivosti materiálu k c [-] součinitel bezpečnosti k j [-] skutečná bezpečnost lana k l [-] bezpečnost lana L [m] délka navíjeného lana l [mm] délka zdvihové části bubnu l 1 [mm] délka hladké střední části bubnu l 2 [mm] délka krajní části lanového bubnu l p [m] vzdálenost bočnic m b [kg] hmotnost břemene M b [Nm] brzdný moment M bmin [Nm] minimální brzdný moment m h [kg] hmotnost háku a přidružených součástí m h [kg] hmotnost háku m k [kg] hmotnost kladnice M kb [Nm] krouticí moment u bubnu M n [Nm] jmenovitý výkon motoru M ob [Nm] maximální ohybový moment bubnu M oi [Nm] ohybové momenty d jednotlivých řezech čepu kladnice M omax [Nm] maximální ohybový moment na čepu kladnice M op [MPa] ohybový moment příčníku M s [Nm] setrvačný moment všech pohyblivých hmot, redukovaný na hřídel motoru M sb [Nm] setrvačný moment všech pohyblivých hmot, redukovaný na hřídel brzdy BRNO

52 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ M SN [Nm] krouticí moment spojky M st [Nm] statický moment břemene redukovaný na hřídel motoru M str [Nm] statický moment břemene, redukovaný na rychloběžný hřídel n [-] počet nosných průřezů lana N [N] zatížení od síly v ose n b [min -1 ] otáčky lanového bubnu n bs [min -1 ] skutečné otáčky lanového bubnu n l [-] počet nosných průřezů lana v jedné polovině lanového systému n lo [-] počet ložisek n m [min -1 ] jmenovité otáčky motoru P [mm] stoupání závitu P A [kn] ekvivalentní statické zatížení axiálního ložiska p dov [MPa] dovolený tlak pro ocel p dovz [MPa] dovolený měrný tlak závitu háku P m [kw] výkon motoru P R [kn] ekvivalentní statické zatížení radiálního ložiska Q [kg] hmotnost břemene Re [MPa] mez kluzu v tahu pro ocel s [-] tloušťka stěny lanového bubnu S 0 [-] součinitel statické bezpečnosti S b [mm 2 ] plocha příčného průřezu bočnice S B [-] součinitel provozních podmínek S d [mm 2 ] plocha příčného průřezu dříku S o [mm 2 ] promítnutá plocha otvoru v bočnici pro čep příčníku S Z [-] součinitel frekvence použití t [mm] stoupání lanové drážky na bubnu T [N] zatížení od posouvajících sil t b [mm] tloušťka bočnice t br [s] doba brždění t r [s] doba rozběhu motoru v z [m.s -1 ] předepsaná rychlost zdvihu v zs [m.min -1 ] skutečná zdvihová rychlost W kb [mm 3 ] průřezový modul pro krut bubnu BRNO

53 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ W ob [mm 3 ] průřezový modul pro ohyb bubnu W oc [mm 3 ] průřezový modul v ohybu čepu kladnice W op [mm 3 ] modul průřezu v ohybu příčníku X [-] součinitel dynamického radiálního zatížení x i [mm] délkové intervaly v jednotlivých řezech Y [-] součinitel dynamického axiálního zatížení z [-] počet větví lanového systému z b [-] počet závitů bubnu α [-] koeficient α b [-] součinitel závislý na skupině jeřábů α k [-] součinitel závislý na druhu kladky a skupině jeřábů α t [-] součinitel tvaru β [-] bezpečnost brzdy ε [s -2 ] úhlové zrychlení ε z [s -2 ] úhlové zrychlení η b [-] účinnost lanového bubnu η cz [-] celková mechanická účinnost zdvihového ústrojí η p [-] účinnost převodovky η k [-] účinnost lanového převodu η kl [-] účinnost jedné kladky η l [-] účinnost lanového převodu σ bdov [MPa] maximální dovolené napětí bubnu σ Dov [MPa] mez únavy v ohybu pro ocel σ dov [MPa] dovolené tlakové napětí pro ocel σ ob [MPa] napětí v ohybu bubnu σ Ocep [MPa] ohybové napětí v oblasti maximálního ohybového momentu σ odov [MPa] maximální ohybové napětí bubnu σ OP [MPa] ohybové napětí v příčníku σ t [MPa] napětí v tahu σ td [MPa] tahové napětí v dříku háku σ tdov [MPa] dovolené napětí v tahu σ tl [MPa] namáhání vnějším přetlakem τ b [MPa] smykové napětí v kritickém průřezu bubnu BRNO

54 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ τ DOV [MPa] maximální dovolené smykové napětí bubnu BRNO

55 SEZNAM PŘÍLOH SEZNAM PŘÍLOH Výkresová dokumentace Sestava kladnice Vodící kladka Čep kladnice Matice háku Příčník Kusovník 1/3 Kusovník 2/3 Kusovník 3/3 1-3P P P P P21-05/01 K-3P21-1 K-3P21-2 K-3P21-3 BRNO